一種碳包覆四氧化三鐵核殼納米粒子及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種碳包覆四氧化三鐵核殼納米粒子及其制備方法，屬于納米材料制備領(lǐng)域。本發(fā)明以去離子水為溶劑，以氨水為共沉淀劑，以可溶性鐵鹽和可溶性單糖或多糖為原料，在室溫下混合形成均一的懸浮液，然后將混合體系轉(zhuǎn)移到不銹鋼襯底的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，密封后在烘箱中于120~220℃反應(yīng)5~15小時(shí)，即可得到碳包覆的四氧化三鐵核殼納米粒子。納米顆粒的粒徑為5~7nm。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、成本低、對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，所制備材料的吸附有機(jī)染料的效果好；可用于生物技術(shù)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、鋰離子電池負(fù)極材料、特別是污水處理方面。
【專利說(shuō)明】—種碳包覆四氧化三鐵核殼納米粒子及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種核殼材料的制備方法，特別是涉及一種一步水熱合成高吸附性碳包覆四氧化三鐵核殼納米粒子的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著印染工業(yè)和食品工業(yè)的發(fā)展，染料廢水已經(jīng)成為水環(huán)境的重要污染之一。其中很多染料在環(huán)境中非常穩(wěn)定，很難通過(guò)光降解、生物降解和氧化作用將其分解。然而，吸附技術(shù)在凈化污水方面成為了更好的選擇。四氧化三鐵磁性納米顆粒由于具有獨(dú)特的磁性、化學(xué)穩(wěn)定性、高的磁分離效率、成本低、容易修飾等特點(diǎn)，使其可以成為一種染料吸附齊U。但是，其穩(wěn)定性差、容易團(tuán)聚的缺點(diǎn)使得磁性四氧化三鐵納米粒子很難作為一種高效的吸附劑。
[0003]核殼結(jié)構(gòu)的磁性納米粒子要比單一的磁性四氧化三鐵粒子更加穩(wěn)定。外層的殼不僅可以讓磁核更加穩(wěn)定，并且也阻止了四氧化三鐵核的團(tuán)聚。此外，核殼磁性納米粒子在染料吸附方面具有更高的吸附效率。污水處理完成后，只需要外加磁場(chǎng)就可以將核殼納米粒子從水中分離出來(lái)。相比于聚合物殼和硅殼，碳?xì)ぞ哂懈叩姆€(wěn)定性和大量的孔隙，這可以提高吸附效果。
[0004]文獻(xiàn)I “馬傳國(guó)，逯偉，鄭海軍，等.碳/四氧化三鐵納米復(fù)合材料合成研究[J].無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2009，41(4): 24-27.”公開(kāi)了一種采用均勻沉淀法，尿素作為沉淀劑，氯化亞鐵作為鐵源制備碳/四氧化三鐵納米復(fù)合材料的方法。先將活性炭加入一定的稀硝酸中進(jìn)行純化并干燥；然后將一定量的氯化亞鐵和尿素混合配成溶液加入純化的碳材料恒溫水浴洗滌干燥。所制備的產(chǎn)物粒徑為4(T100 nm。此方法要分成兩步進(jìn)行較為繁瑣并且產(chǎn)物粒徑也較大。
[0005]文獻(xiàn)2 “馮娟，李興華，鄧霞，等.核-殼結(jié)構(gòu)Fe3O4OC磁性納米顆粒的制備及其結(jié)構(gòu)表征[J].電子顯微學(xué)報(bào)，2012，31 (5):406 - 410.”公開(kāi)了一種采用水熱法，丙酮為溶劑，二茂鐵為鐵源，過(guò)氧化氫為還原劑200 °C下制備Fe3O4OC磁性納米顆粒的方法。所得產(chǎn)物粒徑為100 nm，飽和磁化強(qiáng)度為28 emu/g。該反應(yīng)用到丙酮作溶劑，產(chǎn)物粒徑較大，飽和磁化強(qiáng)度不是很高。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中四氧化三鐵納米粒子的穩(wěn)定性差，易于團(tuán)聚，吸附性不強(qiáng)，存在產(chǎn)物粒徑較大，飽和磁化強(qiáng)度低的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種碳包覆四氧化三鐵核殼納米粒子及其制備方法，使產(chǎn)物粒徑在5?7 nm，提高產(chǎn)物的飽和磁化強(qiáng)度、磁分離性和吸附性。
[0008]為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下:
一種碳包覆四氧化三鐵核殼納米粒子，其特征在于:所述納米粒子具有核殼結(jié)構(gòu)，納米顆粒的粒徑為5?7 nm，擁有高達(dá)44.1 emu/g的飽和磁化強(qiáng)度和對(duì)有機(jī)染料96%的吸附能力。[0009]所述一種碳包覆四氧化三鐵核殼納米粒子的制備方法，包括反應(yīng)體系的配制，水熱反應(yīng)，產(chǎn)物的分離、洗滌和干燥過(guò)程，其特征在于還包括以下幾個(gè)步驟:
步驟一，以去離子水作為溶劑，以氨水作為共沉淀劑，以可溶性鐵鹽和可溶性糖源為原料，室溫下形成均一懸浮液:所述的鐵鹽由三價(jià)和二價(jià)鐵鹽混合物組成，摩爾比為2:1，鐵鹽、氨水、可溶性糖源三者的質(zhì)量比為1:0.4^0.25:0.125、.5 ;
步驟二，將所述懸浮液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯套中，密封后在溫度12(T220 °C下反應(yīng)5^15小時(shí)，即得到碳包覆四氧化三鐵核殼納米粒子。
[0010]所述可溶性鐵鹽為可溶性的三價(jià)鐵鹽和二價(jià)鐵鹽的混合物；所述三價(jià)鐵鹽為氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵中任一種；所述二價(jià)鐵鹽為硫酸亞鐵、氯化亞鐵中任一種。
[0011]所述的可溶性糖源為可溶性的葡萄糖、蔗糖、乳糖中的任一種。本發(fā)明具有有益效果。本發(fā)明通過(guò)一步水熱反應(yīng)制備碳包覆四氧化三鐵核殼納米粒子的方法不僅操作簡(jiǎn)單，產(chǎn)物粒徑較低為5~7 nm ;而且采用水作為溶劑，無(wú)毒綠色環(huán)保，飽和磁化強(qiáng)度高，具有極好的磁分離性和高吸附性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中所制備碳包覆四氧化三鐵的透射電鏡照片。
[0013]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中所制備碳包覆四氧化三鐵的XRD曲線，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)比，生成的氧化鐵為四氧化三鐵。
[0014]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中所制備碳包覆四氧化三鐵的磁滯曲線。
[0015]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中所制備碳包覆四氧化三鐵的吸附曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]實(shí)施例一
將12.0 g FeCl3.6H20和6.0 g FeSO4.7H20的混合物加入50 mL去離子水中，攪拌至完全混合均勻后，再加入6.0 g葡萄糖待其完全溶解后，邊攪拌邊將10 g氨水緩慢加入上述溶液中使其混合均勻，轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯襯套中，將封閉好的聚四氟乙烯襯套放入水熱釜中180°C反應(yīng)10小時(shí)，冷卻至室溫后，洗滌，干燥，得到碳包覆的四氧化三鐵納米粒子。所制備材料的透射電鏡照片如圖1所示，可以看出離子的粒徑分布較均一。所制備材料的XRD譜圖如圖2所示，結(jié)晶性較好。所制備材料的磁滯曲線如圖3所示，飽和磁化強(qiáng)度為44.1 emu/g，具有較好的磁分離性。所制備材料對(duì)染料的吸附曲線如圖4所示，40分鐘染料基本降解完全。
[0018]實(shí)施例二
將6.0 g FeCl3.6H20和3.0 g FeSO4.7H20的混合物加入50 mL去離子水中，攪拌至完全混合均勻后，再加入1.125 g葡萄糖待其完全溶解后，邊攪拌邊將3.6 g氨水緩慢加入上述溶液中使其混合均勻，轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯襯套中，將封閉好的聚四氟乙烯襯套放入水熱釜中220°C反應(yīng)15小時(shí)，冷卻至室溫后，洗滌，干燥，得到碳包覆的四氧化三鐵納米粒子。
[0019]實(shí)施例三
將8.0 g Fe2 (SO4) 3.9H20和4.0 g FeSO4.7H20的混合物加入50 mL去離子水中，攪拌至完全混合均勻后，再加入6.0 g乳糖待其完全溶解后，邊攪拌邊將7.5 g氨水緩慢加入上述溶液中使其混合均勻，轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯襯套中，將封閉好的聚四氟乙烯襯套放入水熱釜中150 °C反應(yīng)8小時(shí)，冷卻至室溫后，洗滌，干燥，得到碳包覆的四氧化三鐵納米粒子。
[0020]實(shí)施例四
將4.0 g Fe (NO3) 3.9H20和2.0 g FeCl2.4H20的混合物加入50 mL去離子水中，攪拌至完全混合均勻后，再加入1.875 g蔗糖待其完全溶解后，邊攪拌邊將3.1 g氨水緩慢加入上述溶液中使其混合均勻，轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯襯套中，將封閉好的聚四氟乙烯襯套放入水熱釜中120 °C反應(yīng)5小時(shí)，冷卻至室溫后，洗滌，干燥，得到碳包覆的四氧化三鐵納米粒子。
【權(quán)利要求】
1.一種碳包覆四氧化三鐵核殼納米粒子,其特征在于:所述納米粒子具有核殼結(jié)構(gòu)，納米顆粒的粒徑為5~7 nm，擁有高達(dá)44.1 emu/g的飽和磁化強(qiáng)度和對(duì)有機(jī)染料96%的吸附能力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳包覆四氧化三鐵核殼納米粒子的制備方法，包括反應(yīng)體系的配制，水熱反應(yīng)，產(chǎn)物的分離、洗滌和干燥過(guò)程，其特征在于還包括以下幾個(gè)步驟: 步驟一，以去離子水作為溶劑，以氨水作為共沉淀劑，以可溶性鐵鹽和可溶性糖源為原料，室溫下形成均一懸浮液:所述的鐵鹽由三價(jià)和二價(jià)鐵鹽混合物組成，摩爾比為2:1，鐵鹽、氨水、可溶性糖源三者的質(zhì)量比為1:0.4^0.25:0.125、.5 ; 步驟二，將所述懸浮液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯套中，密封后在溫度12(T220 °C下反應(yīng)5^15小時(shí)，即得到碳包覆四氧化三鐵核殼納米粒子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種碳包覆四氧化三鐵核殼納米粒子的制備方法，其特征在于:所述可溶性鐵鹽為可溶性的三價(jià)鐵鹽和二價(jià)鐵鹽的混合物；所述三價(jià)鐵鹽為氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵中任一種；所述二價(jià)鐵鹽為硫酸亞鐵、氯化亞鐵中任一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種碳包覆四氧化三鐵核殼納米粒子的制備方法，其特征在于:所述的可溶性 糖源為可溶性的葡萄糖、蔗糖、乳糖中的任一種。
【文檔編號(hào)】B01J20/20GK104001474SQ201410211863
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】陳濤, 宋浩杰, 張學(xué)強(qiáng) 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)